坝体渗流与稳定计算.docx

1、坝体渗流与稳定计算坝体渗流与稳定计算坝体渗流与稳定计算依据：碾压土石坝设计规范SL274-2001 8.3节丰镇例： 4.1加高3m（格东坝、南坝，格南坝）坝坡稳定安全计算分析4.1.1 计算工况根据火力发电厂设计技术规程（DL500094）、碾压式土石坝设计规范（SL274-2001），结合灰坝的具体情况，灰坝的稳定分析中应核算以下工况的坝坡稳定性：灰水位1209.00m，下游水位1200.00m，计算下游坝坡稳定。4.1.2 计算方法与计算参数指标的选取（1）计算方法按照碾压式土石坝设计规范（SL274-2001），土坝采用依据刚体极限平衡原理的圆弧滑动法进行稳定分析。计算同时采用了不计条

2、块间作用力的瑞典圆弧法和计及条块间作用力的简化毕肖普法。稳定渗流期的下游坝坡稳定采用有效应力法计算，水库水位降落期的上游坝坡稳定采用总应力法计算。土体抗剪强度可用有效应力法按下式确定：式中： 土的有效应力；、土的有效内摩擦角和粘聚力。在库水位降落期，土体的抗剪强度用总应力法按下式确定：式中： 、用不排水剪的内摩擦角和粘聚力。（2）计算参数上游灰水位1209.00m，对应下游水位1200.00m；计算采用的相关材料物理力学指标见表4-1 表4-1 计算采用的物理力学指标项 目干容重（kN/m3）湿容重（kN/m3）饱和容重（kN/m3）粘结力（kN/m2）内摩擦角()坝体土17.317.521.

3、02021库区灰 24.0030固结灰15.720.050354.1.3 浸润线计算采用均质坝浸润线计算原理进行计算。经计算得浸润线方程为：4.1.4 计算方案和计算结果根据坝体各部分填土性质，进行各土层划分（见图4-1），计算中对可能的弧顶、弧脚位置进行了组合，各种组合方案见表4-2，计算工况下各方案的计算结果见表4-2，通过计算得到最危险的划弧（见图4-2）。相对而言较为危险的划弧的具体计算结果见附录14。表4-2 下游坝坡计算方案组合表上游计算方案12345678910弧脚范围1-41-41-41-41-41-41-45-65-65-6弧顶范围15-1614-1513-1412-138-

4、96-74-515-1614-1513-14计算方案11121314151617181920弧脚范围5-65-65-67-87-87-87-811-1211-1211-12弧顶范围12-138-96-715-1614-1513-1412-1315-1614-1513-14表4-3 下游坝坡各方案计算结果方案弧脚弧顶滑弧半径抗滑稳定安全系数瑞典法毕肖普法11-415-1647.0811.5961.61021-414-1547.0801.5971.61131-413-1438.6761.6231.63741-413-1440.4631.6181.63451-412-1353.5571.6611.6

5、7261-48-943.5511.6461.66471-46-77.1651.6721.66585-615-1619.8651.7461.84395-614-1522.6331.7431.868105-613-1431.2591.7391.832115-612-1319.7411.7401.840125-68-913.281.7561.840135-66-79.9371.7561.840147-815-1614.5872.0022.168157-814-1514.5872.0022.168167-813-1414.5872.0022.168177-812-1314.5872.0022.1681

6、811-1215-165.8491.9961.9761911-1214-155.8491.9961.9762011-1213-145.8491.9961.976图4-1下游坡稳定计算土层划分图图4-2下游坡最危险滑弧图4.1.5 计算成果分析按照火力发电厂设计技术规程（DL500094），级土石坝坝坡抗滑稳定最小安全系数值下游坡为1.15（基本情况）和1.0（特殊情况）。计算结果表明，灰坝断面在水位为1209.00m时，下游坡的抗滑稳定安全系数满足规范要求。4.2格北坝加高2.5m坝坡稳定安全计算分析4.2.1 计算工况根据火力发电厂设计技术规程（DL500094）、碾压式土石坝设计规范（SL

7、274-2001），结合灰坝的具体情况，灰坝的稳定分析中应核算以下工况的坝坡稳定性：灰水位1209.50m，下游水位1200.00m，计算下游坝坡稳定。4.2.2 计算方法与计算参数指标的选取按照碾压式土石坝设计规范（SL274-2001）及修改和补充规定，土坝采用依据刚体极限平衡原理的圆弧滑动法进行稳定分析。计算同时采用了不计条块间作用力的瑞典圆弧法和计及条块间作用力的简化毕肖普法。具体计算原理同上。上游灰水位1209.50m，对应下游水位1200.00m；计算采用的相关材料物理力学指标见表1 表4-4 计算采用的物理力学指标项 目干容重（kN/m3）湿容重（kN/m3）饱和容重（kN/m3

8、）粘结力（kN/m2）内摩擦角()坝体土17.317.521.02021库区灰 24.0030固结灰15.720.050354.2.3 浸润线计算采用均质坝浸润线计算原理进行计算。经计算得浸润线方程为：4.2.4 计算方案和计算结果根据坝体各部分填土性质，进行各土层划分（见图4-3），计算中对可能的弧顶、弧脚位置进行了组合，各种组合方案见表4-5，计算工况下各方案的计算结果见表4-6，通过计算得到最危险的划弧（见图4-4）。相对而言较为危险的划弧的具体计算结果见附录。表4-5 下游坝坡计算方案组合表计算方案12345678910弧脚范围0-10-10-10-10-11-101-101-101-

9、101-10弧顶范围21-1420-2119-2018-1915-1621-1420-2119-2018-1916-17计算方案111213141516171819弧脚范围1-1010-1510-1510-1510-1510-1518-1918-1918-19弧顶范围15-1621-1420-2119-2018-1915-1621-1420-2119-20表4-6 下游坝坡各方案计算结果方案弧脚弧顶滑弧半径抗滑稳定安全系数瑞典法毕肖普法10-121-14128.1041.8721.84320-120-21128.1091.9071.89430-119-20128.1041.8521.85740

10、-118-19116.401.7521.73950-115-16123.0021.8451.71561-1021-1433.5311.3471.37871-1020-2135.3061.3511.37781-1019-2021.8181.3381.37791-1018-1930.2571.3491.376101-1016-1718.5041.3071.386111-1015-1629.7181.4261.4041210-1521-1416.5541.5271.6261310-1520-2110.0521.4201.5711410-1519-2029.8641.4441.5721510-1518

11、-1917.8741.5201.6811610-1515-1617.8791.5911.7881718-1921-145.1862.9232.9721818-1920-215.1862.9232.9721918-1919-200.7002.9232.972图43下游坡稳定计算土层划分图图44下游坡最危险滑弧图4.2.5 计算成果分析按照火力发电厂设计技术规程（DL500094），级土石坝坝坡抗滑稳定最小安全系数值下游坡为1.15（基本情况）和1.0（特殊情况）。计算结果表明，灰坝断面在水位为1209.50m时，下游坡的抗滑稳定安全系数满足规范要求。五、泄水建筑物原灰场利用排水井排除灰水。随着灰

12、水面的升高，原排水井的高程不满足要求，需要加高。同时，由于在灰库内加高，排水井位置需向灰库内移动50m。本次加高灰坝，仍然采用排水井，其结构形式与原来一致。同时，利用管道将本次新建的排水井与原排水井相连，并对原排水井冲洗，保证排水通畅。六、坝基承载能力校核与坝基沉降变形的计算6.1 坝基承载能力的校核坝基粉煤灰的抗剪强度参数为：30，C10KPa。根据规范及有关公式可估算坝基的承载力。1.利用太沙基公式计算对于本工程，D0，因30，查表得NC=30，NB18，则：Pv1030+18312.90648.3kPa648.3Pa是极限承载力，如取安全系数为3，则容许承载力为216.1kPa。坝基的实

13、际最大压应力为46.41kPa，因此，坝基是足够安全的。2.按规范推荐的公式计算根据国家标准“建筑地基基础设计规范GBJ7-89”推荐的公式：fVMbrb+MdR0d+McCK对于本工程，d=0，因30，查表得Mb1.9，M07.95，则fV1.914.63+7.9510162.7KPa162.7KPa为规范根据土的抗剪强度确定的地基承载力设计值。本坝基最大的压应力P46.41kPa，远小于坝基承载力的设计值，因此是安全的。6.2 坝基沉陷变形的计算根据设计剖面，取计算剖面简图如图6-1。图6-1 沉降计算简图6.2.1 施工期沉降计算（1）坝轴线M点下垂直剖面先计算基底压力：。该剖面坝基粉煤

14、灰厚度有6.5m，不同深度的附加应力见表6-1。表6-1 M点下坝基内的附加应力条形荷载（x/b0.5）三角形荷载（x/b1.25）Zx12x2（KPa）Z（m）Z/bKZx1 (Kpa)Z（m）Z/bKZTx2（Kpa）1.50.50.81938.011.50.250.0723.3444.69310.54925.4830.50.1577.2940.066.52.20.26812.446.51.10.1808.3529.14（2）A点下垂直剖面该剖面粉煤灰层厚6.5米，其不同深度的附加应力见表6-2。表6-2 A点下坝基内的附加应力条形荷载（x/b0）三角形荷载（x/b1）Zx1x2（KPa）

15、Z（m）Z/bKZx1 (Kpa)Z（m）Z/bKZTx2（Kpa）1.50.50.47922.231.50.250.42319.6441.87310.40918.9830.50.35416.4335.416.52.20.25111.656.51.10.23610.9522.6（3）B点垂直剖面该剖面粉煤灰层厚6.5米，其不同深度的附加应力见表6-3。表6-3 B点下坝基内的附加应力条形荷载（x/b1）三角形荷载（x/b1）Zx1x2（KPa）Z（m）Z/bKZx1 (Kpa)Z（m）Z/bKZTx2（Kpa）1.50.50.47922.231.50.250.42319.6441.87310.

16、40918.9830.50.35416.4335.416.52.20.25111.656.51.10.23610.9522.6（4）C点垂直剖面该剖面粉煤灰层厚6.5米，其不同深度的附加应力见表6-4。表6-4 C点下坝基内的附加应力深度Z（m）Z/bKZTZ(Kpa)1.50.250.25711.9330.50.26112.116.51.10.2149.93（5）D点下垂直剖面该剖面粉煤灰层厚6.5米，其附加应力见表6-5。表6-5 D点下剖面地基附加应力深度Z（m）Z/bKZTZ(Kpa)1.50.250.0492.2730.50.0763.536.51.10.1567.242、沉降变形的

17、计算采用平均附加压力法，沉陷量用下式计算：ms1，据国内几个灰库粉煤灰的试验资料，取ES=6.7812.132。（1）M点的下沉陷量M点下坝基粉煤灰层厚6.5米，其沉陷量计算结果见表6-6。表6-6 M点坝基沉陷的计算深度Z（m）附加应力z（KPa）附加应力平均值ep（KPa）沉陷量Si（cm）ES=6.78 MpaES=12.132 Mpa1.544.6945.551.010.56340.0642.380.940.526.529.1434.601.791.003.742.08（2）A点下沉陷量A点下坝基粉煤灰层厚6.5米，其沉陷量计算结果见表6-7。表6-7 A点地基沉陷量的计算深度Z（m）

18、附加应力z（KPa）附加应力平均值ep（KPa）沉陷量Si（cm）ES=6.78 MpaES=12.132 Mpa1.541.8744.140.980.55335.4138.640.850.486.522.6029.011.500.843.331.87（3）B点坝基沉陷量B点下坝基粉煤灰层厚6.5米，其沉陷量计算结果见表6-8。表6-8 B点坝基沉陷的计算深度Z（m）附加应力z（KPa）附加应力平均值ep（KPa）沉陷量Si（cm）ES=6.78 MpaES=12.132 Mpa1.541.8744.140.980.55335.4138.640.850.486.522.6029.011.500

19、.843.331.87（4）C点坝基沉陷量C点下坝基粉煤灰层厚6.5米，其沉陷量计算结果见表6-9。表6-9 C点坝基沉陷的计算深度Z（m）附加应力z（KPa）附加应力平均值ep（KPa）沉陷量Si（cm）ES=6.78 MpaES=12.132 Mpa1.511.9315.800.350.20312.1112.020.270.156.59.9311.020.570.321.190.67（5）D点坝基沉陷量D点下坝基粉煤灰层厚6.5米，其沉陷量计算结果见表6-10。表6-10 D点坝基沉陷的计算深度Z（m）附加应力z（KPa）附加应力平均值ep（KPa）沉陷量Si（cm）ES=6.78 Mpa

20、ES=12.132 Mpa1.52.271.140.030.0133.532.900.060.046.57.245.390.280.160.370.21综上计算可知，上游坝脚地基沉陷是很小的，约0.20.4cm。子坝中间条形荷载地基沉陷基本是均匀的。整个地基最大沉陷差约3cm，因此不存在明显的部均匀沉陷问题，子坝整体是安全的。6.3 灰坝运行后期沉降量计算当灰场运行到限制堆灰高程（1209.00m高程）后，上述D、A、B的沉降值不能太大，为此进行了校核。先计算基底压力，1、附加应力的计算（1）堆灰引起的D点下坝基内的附加应力该剖面粉煤灰层厚6.5米，x/b=1.0。其附加应力见表6-11。表6

21、-11 堆灰引起的D点下剖面地基附加应力深度Z（m）Z/bKZTZ(Kpa)40.80.28510.935.51.10.2369.0591.80.1646.29（2）堆灰引起的A点下坝基内的附加应力该剖面粉煤灰层厚6.5米，x/b= -0.2。其附加应力见表6-12。表6-12 堆灰引起的A点下剖面地基附加应力深度Z（m）Z/bKZTZ(Kpa)40.8005.51.10.1184.5391.80.1234.72（3）堆灰引起的B点下坝基内的附加应力该剖面粉煤灰层厚6.5米，x/b= -0.8。其附加应力见表6-13。表6-13 堆灰引起的B点下剖面地基附加应力深度Z（m）Z/bKZTZ(Kp

22、a)40.8005.51.10.0170.6591.80.0582.222、堆灰后沉降变形的计算（1）堆灰后D点沉降变形计算结果见表6-14。表6-14 堆灰后D点坝基沉陷的计算深度Z（m）附加应力z（KPa）附加应力平均值ep（KPa）沉陷量Si（cm）堆灰前、后总沉陷量Si（cm）ES=6.78MpaES=12.132MpaES=6.78MpaES=12.132Mpa1.510.9324.640.550.300.580.3139.059.990.220.120.280.166.56.297.670.400.220.680.381.170.641.540.85（2）堆灰后A点沉降变形计算结果

23、见表6-15。表6-15 堆灰后A点坝基沉陷的计算深度Z（m）附加应力z（Kpa）附加应力平均值ep（KPa）沉陷量Si（cm）堆灰前、后总沉陷量Si（cm）ES=6.78MpaES=12.132MpaES=6.78MpaES=12.132Mpa1.5019.180.420.241.400.7934.532.270.050.030.900.516.54.724.630.240.130.740.970.710.404.042.27（3）堆灰后B点沉降变形计算结果见表6-16。表6-16 堆灰后B点坝基沉陷的计算深度Z（m）附加应力z（Kpa）附加应力平均值ep（KPa）沉陷量Si（cm）堆灰前、后总沉陷量Si（cm）ES=6.78MpaES=12.132MpaES=6.78MpaES=12.132Mpa1.5019.180.420.241.400.7930.650.330.0100.860.486.52.221.440.070.041.570.880.500.283.832.15经计算，D点附加沉降值0.64 1.17cm，A点附加沉降值0.40 0.71cm，B点附加沉降值0.28 0.50cm，故D点累加沉降值为0.85 1.54cm，A点累加沉降值为2.27 4.04cm，B点累加沉降值为2.15 3.83cm。D、A、B间最大不均匀沉陷差为3cm，沉陷差值仍然较小。